PT99145A

PT99145A - APPROPRIATE PROCESS FOR THE INTRODUCTION OF AIR IN A ROTARY BURNER

Info

Publication number: PT99145A
Application number: PT99145A
Authority: PT
Inventors: William Gerard Collins Jr; Suh Yong Lee
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1990-10-04
Filing date: 1991-10-03
Publication date: 1993-11-30
Also published as: CA2050431A1; JPH04324014A; ES2051162A2; KR920008408A; ES2051162B1; GB9120969D0; US5031549A; NL9101547A; GB2248488B; ES2051162R; GB2248488A

Description

Descrição referente à patente de invenção de WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION, norte-americana, industrial e comercial, estabelecida em Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, Estados Unidos da América, (inventores: William Gerard Collins, Jr. e Suh Yohg Lee, residentes nos Estados Unidos da América\"PROCESSO APERFEIÇOADO PARA A INTRODUÇÃO DE AR NUM QUEIMADOR ROTATIVO»Description of the invention of WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION, North American, industrial and commercial, established at Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Pennsylvania 15222, United States of America, (inventors: William Gerard Collins, Jr. and Suh Yohg Lee , residing in the United States of America "PERFECT PROCESS FOR THE INTRODUCTION OF AIR IN A ROTARY BURNER"

DESCRICÃQ A presente invenção refere-se a um incinerador de resíduos de lixos urbanos sólidos com um queimador rotativo e mais particularmente a um processo de aperfeiçoamento da introdução de ar no queimador rotativo de modo a reduzir substancialmente a quantidade de monóxido de carbono produzido na queima de resíduos de lixos urbanos sólidos. 1The present invention relates to a solid urban waste incinerator with a rotary burner and more particularly to a process for improving the introduction of air into the rotary burner in order to substantially reduce the amount of carbon monoxide produced in the burning of waste from solid urban waste. 1

J A incineração provou ser um processo viável de reduzir a quantidade de resíduos de lixos urbanos sólidos que são deitados em lixeiras de terra e que produzem calor utilizável, que pode ser transformado em electricidade. Para conseguir cumprir as normas da poluição de ar cada vez mais exigentes que são impostas aos gases de saída das chaminés do incinerador e particularmente a redução de CO, mantendo ainda o teor de NOx a um baixo valor, tornou-se necessário aperfeiçoar o processo de combustão dentro do queimador rotativo.J Incineration has proven to be a viable process of reducing the amount of solid urban waste that is dumped in landfills and producing usable heat, which can be converted into electricity. In order to meet the increasingly stringent air pollution standards that are imposed on the flue gases from the incinerator and particularly the reduction of CO, while still maintaining the NOx content at a low value, it has become necessary to perfect the process of combustion inside the rotary burner.

De entre os objectos da invenção pode referir-se um processo para o aperfeiçoamento da combustão dentro de um queimador rotativo que queima resíduos de lixos urbanos sólidos de forma a reduzir substancialmente a quantidade de CO e de hidrocarbonetos nos gases efluentes da chaminé.Among the objects of the invention may be referred to a process for the improvement of combustion within a rotary burner which burns solid urban waste wastes in order to substantially reduce the amount of CO and hydrocarbons in the effluent gases of the chimney.

II

Em geral, um processo aperfeiçoado para introduzir o ar num queimador rotativo, quando efectuado de acordo com a presente invenção, compreende as fases de: utilização de um queimador rotativo formado a partir de um conjunto cilíndrico de tubos de refrigeração separados por meio de uma alheta entre tubos adjacentes, possuindo as alhetas várias aberturas colocadas ao longo do seu comprimento para introduzir ar de combustão dentro do queimador rotativo e possuindo uma extremidade de admissão para introduzir resíduos de lixos urbanos sólidos e uma saída para a extracção de cinzas e de gases efluentes; introdução de resíduos de lixos urbanos sólidos na admissão 2In general, an improved process for introducing air into a rotary burner when performed in accordance with the present invention comprises the steps of: using a rotary burner formed from a cylindrical array of refrigeration tubes separated by means of a fin between adjacent tubes, the vanes having a number of apertures disposed along their length to introduce combustion air into the rotary burner and having an inlet end for introducing solid urban waste wastes and an outlet for extracting ash and effluent gases; introduction of solid urban waste at admission 2

J do queimador rotativo; proporcionarem-se várias caixas de ar para introduzir ar no queimador rotativo de forma a fornecer separadamente ar de sub-inflamação, ar de sobre-inflamação e ar de sobre-combustão; medição da percentagem de oxigénio nos gases efluentes? introdução rapidamente de ar de sobre-combustão no queimador rotativo como resposta a uma diminuição na percentagem de oxigénio nos gases efluentes de forma a manter o teor de CO nos gases efluentes a valores aceitáveis. A invenção tal como descrita nas reivindicações tornar-se-á mais óbvia através da seguinte descrição detalhada que é feita em ligação com os desenhos anexos, nos quais os números de referência semelhantes referem-se a partes semelhantes em todos os desenhos e nos quais: A Figura l é uma vista esquemática de um incinerador de resíduos de lixos urbanos construído de acordo com a presente invenção;J of rotary burner; various air boxes are provided to introduce air into the rotary burner so as to separately provide sub-ignition air, over-ignition air and over-combustion air; measurement of the percentage of oxygen in effluent gases? introduction of over-combustion air into the rotary burner in response to a decrease in the percentage of oxygen in the effluent gases in order to maintain the CO content in the effluent gases to acceptable values. The invention as described in the claims will become more obvious from the following detailed description which is made in connection with the accompanying drawings, in which similar reference numerals refer to similar parts throughout the drawings and in which: Figure 1 is a schematic view of an urban waste waste incinerator constructed in accordance with the present invention;

J A Figura 2 é uma vista em secção ampliada e parcial do queimador rotativo e da caixa de ar adjacente à saída do queimador; e A Figura 3 é uma ampliação da área A da Figura 2.Figure 2 is an enlarged and partial cross-sectional view of the rotary burner and the airbox adjacent the burner outlet; and Figure 3 is an enlargement of the area A of Figure 2.

Referindo agora aos desenhos em pormenor e em particular às Figuras l, 2 e 3 é mostrado um incinerador 1 para a queima de resíduos de lixos urbanos sólidos 2 num queimador rotativo 3. 0 queimador rotativo 3, como se mostra melhor nas Figuras 2 e 3, é constituído por um 3Referring now to the drawings in detail and in particular to Figures 1, 2 and 3, there is shown an incinerator 1 for burning municipal solid waste 2 in a rotary burner 3. The rotary burner 3, as best shown in Figures 2 and 3 , consists of a 3

J conjunto cilíndrico de tubos ou tubagens 5 com placa ou alheta 7 que liga tubos adjacentes 5. A alheta 7 tem várias aberturas ou furos 9 através dos quais é introduzido o ar de combustão para o interior do queimador rotativo 3. 0 queimador rotativo 3 é colocado de forma a poder rodar num eixo inclinado dentro de uma caixa de ar 13. Os resíduos de lixos urbanos sólidos 2 que se pretendem incinerar são introduzidos através de uma admissão, cuja extremidade é representada na parte esquerda da Figura 1, por uma caixa de recepção 15 e rolo em direcção a uma extremidade de saída à medida que o queimador 3 roda em rodas metálicas, que engatam rolos afastados (não representados). Os furos ou aberturas 9 nas alhetas 7 permitem que o ar de combustão introduzido a partir da caixa de ar 13 entre no queimador rotativo 3. Os resíduos em combustão em rolamento 2, como se mostra na Figura 2, tendem a subir por um dos lados do queimador 3 à medida que ele roda. A caixa de ar 13 está dividida em vários compartimentos para fornecer ar de combustão a várias zonas separadamente controladas do queimador 3 ou zonas Zl, Z2, Z3 e Z4. A zona Z1 está colocada de forma adjacente à extremidade de admissão do queimador 3 e a zona Z4 está colocada de forma adjacente à extremidade de rejeição do queimador 3. Em cada uma das zonas a caixa de ar 13 está ainda dividida em outros compartimentos ou partes que fornecem ar para a parte inferior do resíduos em queima 2 e esta parte é assim designada como caixa de ar de sub-inflamação 21 e uma parte 4A cylindrical set of pipes or pipes 5 with a plate or fin 7 connecting adjacent tubes 5. The fin 7 has several openings or holes 9 through which the combustion air is introduced into the rotary burner 3. The rotary burner 3 is arranged to be able to rotate on a tilted axis within an air box 13. Solid urban waste wastes 2 which are to be incinerated are introduced through an inlet, the end of which is shown in the left-hand part of Figure 1, by a carton receiving roller 15 and roll toward an outlet end as the burner 3 rotates on metal wheels, which engage distal rollers (not shown). The holes or openings 9 in the fins 7 allow the combustion air introduced from the air box 13 to enter the rotary burner 3. The waste in the combustion bearing 2, as shown in Figure 2, tends to rise on one side of burner 3 as it rotates. The air box 13 is divided into several compartments to provide combustion air to several separately controlled zones of the burner 3 or zones Z1, Z2, Z3 and Z4. Zone Z1 is positioned adjacent to the inlet end of burner 3 and zone Z4 is positioned adjacent to the rejection end of burner 3. In each of the zones the air box 13 is further divided into other compartments or parts which provide air to the bottom of the burning waste 2 and this part is thus designated as subinflation air box 21 and a part 4

da caixa de ar adjacente 23 é colocada de forma a fornecer ar de combustão por cima dos resíduos em combustão e é assim designada como caixa de ar de sobre-inflamação 23. Existe um compartimento adicional ou parte de caixa de ar 25, que fornece ar sobre o queimador e é assim designada como caixa de ar de sobre-combustão 25. É colocado um aquecedor (não representado) para controlar a temperatura do ar de combustão nas várias zonas.of the adjacent air box 23 is placed so as to provide combustion air above the combustion residues and is thus designated as an over-inflammation air box 23. There is an additional compartment or part of the air box 25 which provides air on the burner and is thus designated as an over-combustion air box 25. A heater (not shown) is placed to control the temperature of the combustion air in the various zones.

JJ

Faz-se circular um fluido de refrigeração, que é a água, através dos tubos ou tubagens do queimador 5 para refrigerá-los e também as alhetas 7 e aumentar a sua vida útil. A água é fornecida por meio de um par de bombas 27, que aspiram a água de um barrilete de água 29 numa caldeira de paredes de água de recuperação de calor 31 e fazem regressar o fluido de refrigeração aquecido vindo do queimador rotativo 3 para um barrilete de vapor 33 através de uma ligação rotativa 35 e da tubagem associada 37. Os sólidos incluindo combustíveis, não combustíveis, cinzas e gases quentes saem pela extremidade de rejeição do queimador 3. Os sólidos caem num cinzeiro 39 e os gases quentes e alguma cinza rolante sobem para uma parte da fornalha 41 da caldeira 31 e passam por um analisador e controlador de oxigénio 43.A cooling fluid, which is the water, is circulated through the tubes or pipes of the burner 5 to cool them as well as the fins 7 and increase its service life. The water is supplied by means of a pair of pumps 27 which draw the water from a water kettle 29 into a heat recovery water wall boiler 31 and return the heated cooling fluid from the rotary burner 3 to a kettle of vapor 33 through a rotating connection 35 and associated piping 37. Solids including non-combustible fuels, ashes and hot gases exit the rejection end of burner 3. The solids fall into an ash tray 39 and the hot gases and some moving ash rise to a part of the furnace 41 of the boiler 31 and pass through an oxygen analyzer and controller 43.

Os resíduos de lixos urbanos 2 sólidos incluem materiais com alto poder calorífico e também com alto teor de carbono como por exemplo pneus, serradura, partículas de asfalto e muitos outros materiais, que entram no queimador 5Residues of solid urban waste 2 include materials with high calorific value and also with high carbon content such as tires, sawdust, asphalt particles and many other materials entering the burner 5

J 3 mim regime irregular e com quantidades que variam bastante, e que causam flutuações rápidas e esporádicas na taxa de queima e na temperatura de queima e assim o controlo do monóxido de carbono, CO, dos gases efluentes dentro de limites definidos numa variação de tempo relativamente curta, por exemplo 100 ppm em média durante 1 hora, exige uma resposta rápida a estas variações de modo a evitar picos elevados de CO, que levariam o valor médio para fora dos limites aceitáveis. Para responder rapidamente a estas variações esporádicas nas caraterísticas de queima e manter uma percentagem de CO num valor aceitável, é introduzida uma grande quantidade de ar no queimador rotativo 3 através da caixa de ar de sobre-combustão 25. A quantidade de ar introduzida como ar de sobre-combustão pode ser até 30 a 50% do ar total fornecido ao queimador rotativo 3. Se este ar adicional for adicionado através das caixas de ar de sub-inflamação e de sobre-inflamação 21 e 23 o ar adicional aumenta a taxa de queima e não reduz os picos súbitos de CO. Por iniciação da indução rápida do ar de sobre-combustão em resposta a uma diminuição na percentagem de oxigénio no gás de rejeição, o sistema responde com velocidade suficiente para queimar o CO no espaço gasoso dentro do queimador 3 por mistura eficiente de quantidades em excesso de 02 com os gases turbulentos dentro do queimador 3 para manter a percentagem média pretendida de CO numa variação de tempo relativamente curta. Isto é conseguido através de registos de actuação 51 6And in varying amounts, which cause rapid and sporadic fluctuations in the burning rate and the firing temperature and thus the control of the carbon monoxide, CO, of the effluent gases within defined limits in a time variation relatively short, for example 100 ppm on average for 1 hour, requires a rapid response to these variations in order to avoid high peaks of CO, which would take the mean value out of the acceptable limits. In order to respond rapidly to these sporadic variations in the firing characteristics and maintain a percentage of CO in an acceptable value, a large amount of air is introduced into the rotary burner 3 through the overflow combustion box 25. The amount of air introduced as air can be up to 30 to 50% of the total air supplied to the rotary burner 3. If this additional air is added through the sub-ignition and over-ignition air boxes 21 and 23, the additional air increases the rate of overheating. burns and does not reduce the sudden peaks of CO. Upon initiation of the rapid induction of the over-combustion air in response to a decrease in the percentage of oxygen in the rejection gas, the system responds with sufficient speed to burn the CO in the gaseous space within the burner 3 by efficiently mixing quantities in excess of 02 with the turbulent gases within the burner 3 to maintain the desired average percentage of CO in a relatively short time variation. This is achieved through action registers 51 6

em condutas que alimentam as caixas de ar de sobre-combustão 25. Os registos 51 são operados como resposta à alteração na percentagem de oxigénio (02) nos gases efluentes. A percentagem de 02 em excesso é geralmente controlada a um valor previamente fixado, por exemplo 6% de oxigénio em excesso. Os registos 51 estarão por exemplo totalmente abertos, se o 02 em excesso descer até 4% e totalmente fechados se o 02 em excesso atingir 7%. A realização que se mostra introduz ar de sobre-combustão em todas as zonas Z1 até Z4, contudo actualmente a introdução de ar de sobre-combustão na zona Z4 é a preferida, e revelou ser eficaz em proporcionar uma resposta rápida às alterações no teor de oxigénio nos gases efluentes para manter o CO dentro dos limites pré-determinados mesmo durante curtos intervalos de tempo.in conduits feeding the overflow combustion air boxes 25. The registers 51 are operated in response to the change in the percentage of oxygen (02) in the effluent gases. The percentage of excess O 2 is generally controlled at a predetermined value, for example 6% excess oxygen. The registers 51 will for example be fully open, if the excess 02 falls to 4% and fully closed if the excess 2 reaches 7%. The shown embodiment introduces over-combustion air in all zones Z1 to Z4, however the introduction of over-combustion air in the Z4 zone is currently preferred, and has proved to be effective in providing rapid response to changes in the content of oxygen in effluent gases to keep CO within predetermined limits even for short time intervals.

Uma vantagem adicional deste processo aperfeiçoado de introduzir ar no queimador é de que mesmo com a introdução irregular de materiais com poderes caloríficos muito elevados, a elevada turbulência no espaço gasoso dentro do queimador coopera com o baixo valor de 02 no leito de queima para manter um baixo valor de Ν0χ. Assim, para além de produzir quantidades muito pequenas admissíveis de CO, a quantidade de Ν0χ é também mantida muito abaixo dos valores permitidos.An additional advantage of this improved process of introducing air into the burner is that even with the irregular introduction of materials with very high calorific powers, the high turbulence in the gaseous space inside the burner cooperates with the low value of O2 in the burning bed to maintain a low Ν0χ value. Thus, in addition to producing very small admissible amounts of CO, the amount of Ν 0χ is also kept well below the allowable values.

Embora as realizações preferidas aqui descritas representem a melhor prática desta invenção actualmente contemplada pelo inventor, serão aparentes para os 7While the preferred embodiments described herein represent the best practice of this invention presently contemplated by the inventor, they will be apparent to those skilled in the art.

Claims

various modifications and adaptations of this invention. Thus, the embodiments are to be considered as illustrative and exemplary, and it is to be understood that the claims are intended to cover such modifications and adaptations when considered within the spirit and scope of the present invention.

A-

An improved process for the introduction of air into a rotary burner comprising a cylindrical set of refrigeration tubes separated by means of a fin between adjacent tubes, the fins having a number of apertures disposed along its length for the introduction of combustion air into the rotary burner and having an inlet end for the introduction of municipal waste waste and an outlet end through which ash and effluent gases are removed, characterized in that it comprises the steps of providing a plurality of air boxes for the rotary burner to introduce air through the openings on the rotating burner fins to separately provide sub-ignition air, over-ignition air and over-combustion air, measure the percentage of oxygen in the effluent gases,

burner in response to a drop in the percentage of oxygen in the effluent gases to maintain the CO content in the effluent gases with acceptable values. 2. A method according to claim 1, characterized in that the step of introducing over-combustion air comprises the introduction of air in order to

provide about 30 to 50% of the air supplied to the rotary burner as over-combustion air. 3. A process according to claim 1,

characterized in that the step of providing air boxes for the rotary burner for introducing air into the rotary burner to separately provide sub-ignition air, over-ignition air and over-combustion air comprises providing at least one air box to provide over-inflammation air adjacent to the outlet end of the burner. 4. A method according to claim 1, characterized in that the step of rapidly introducing overheating air into the rotary burner is a response to a drop in the percentage of oxygen in the effluent gases below a predetermined level. 5. The method of claim 1 wherein the step of introducing overburning air comprises opening and closing a register for regulating the air flow in the overflow combustion air box. The applicant further claims the priority of the U.S. application filed on October 4, 1990, under Serial No. 592,734.

Lisbon, October 3, 1991

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